生物濕法冶金前景展望

生物濕法冶金前景展望

C.L.Brierley在“18th International Biohydrometallurgy Symposium,IBS2009,Bariloche-Argentina”上發表論文,介紹了生物濕法冶金技術的發展前景。

生物浸出,也稱作礦物生物氧化,與生物修復一起被廣泛應用于原生硫化礦、復雜礦石、難處理硫化物金精礦的堆浸及酸性礦坑水的處理,其新領域是處理大量硫化物、硅酸鹽礦物以及未來的原地浸出。

金屬的價格在過去10 a里呈現出戲劇性變化——在增長到一個史無前例的價格之后隨之而來的是賤金屬價格隨生產成本的增加而陡然下降,隨后在一段時期內始終不穩定。這些戲劇性變化對全球礦業有明顯影響,表現在金屬價格上是忽高忽低。當金屬價格下降、成本增加或二者都有時,高成本礦山就會關閉,產量縮減,也會改變計劃處理更高品位礦石,研發費用通常會大大縮減。此時,生物技術因比其他技術需要更少的資金及生產成本而在礦業循環的低谷期更為經濟,即在采礦工業處于蕭條時期更傾向于采用生物濕法冶金工藝。

當然,金屬價格不是促進生物濕法冶金技術工業應用的唯一因素。其他因素還有：·生產成本——由于能源成本逐步增長,采礦、加工以及環境成本也都大幅度增長,而生物濕法冶金技術相比于其他技術耗能更少,可以潛在地降低工業生產成本;此外,生物濕法冶金工藝省去了與冶煉、精煉有關的工程費用,以及與含有雜質的冶煉供料有關的潛在費用;根據需求與地點不同,硫酸的價格是不斷變化的,采用生物方法就地制酸可以節省或降低酸的費用。·礦床無法采用常規方法開采甚至很難開采時——如次生硫化銅礦床,由于礦床規模太小或太遠,或更復雜,則采用生物氧化技術更為適宜。·最大化利用現有投資——很多銅生產企業都已經建設了溶劑萃取-電積廠,這是最重要的投資,采用生物浸出技術處理硫化銅礦可以充分利用這些設施。·采礦生產的環境許可是一項長期而艱難的工作,而生物濕法冶金工藝在礦物加工和廢水處理方面相比于傳統技術有更大的環境優勢。某些情況下,生物加工技術被看做是“綠色”技術。

生物濕法冶金技術從實驗室到工業化應用會遇到多種障礙與問題：

·時間——調研、開發、試生產、工業化應用所需時間或許達10 a甚至20 a之久。·專屬性——生物加工和金屬生物修復技術通常具有專屬性,因此,幾乎每種方法都需要現場檢驗甚至大規模驗證,現場檢驗和大規模驗證不但花費高昂而且非常耗時。·風險——新技術無論是生物技術、物理/化學技術都有成功的可能性。工業化開發新技術是有風險的。技術失敗不僅會有經濟損失,也會造成開發這項技術的個人及機構、涉及最終設計和試運行的工程公司以及礦業公司的聲譽損失。·投資成本——一項新技術通常需要大量投資,因為實際的生物濕法冶金工藝的前端和末端都需要新的單元操作過程。如,智利丘基卡馬塔礦山BioCOP示范廠年產量2萬t,約需6 000萬美元。當然,一個完整的工廠會需要更高的成本。·知識產權——在金屬生產過程中,生物濕法冶金技術許可費用或技術轉讓費用很難商議,因為影響生產的很多因素都不是技術擁有者可以控制的。·保險——礦山所有者也許會被要求為采礦生產與環境生物技術投保。對于如生物堆浸或環境凈化這樣的過程,保險是很難策劃的,因為具有很強的變化性,不易監測與控制。同時,礦山擁有者同時也“擁有”風險。礦業公司在這一過程中花費巨大,不論是一個礦物加工流程還是環境技術都要控制工廠原料的質量,并且控制加工全過程。·經驗豐富的專業技術人員的可用性——金屬價格的明顯下降幾乎總會導致采礦工業減少研發,也就意味著減少專業技術人員的數量,但經濟復蘇時,那些人已經不再具有高效率,并且合作記憶也已經消失。要使經驗不足的專業人員掌握這項技術并了解歷史發展過程則需要數年時間。

生物濕法冶金技術的實際應用也會遇到技術上的挑戰：

·原生硫化礦的堆浸——最近,黃銅礦的生物堆浸研究取得了一些進展,但是仍需要更多的研發來全面了解原生硫化礦的浸出條件及如何控制浸出條件。·生物堆浸模型的開發、整合與驗證——在堆浸的很多方面都已經建立了數學模型,如水文學和熱平衡學模型,但是有關生物堆浸方面仍需要可靠的模型。為了全面開發堆浸模型,必須用現有的工業開采數據來整合與驗證。驗證模型所需的一些必要的資料可能有些還未采集到。·次生硫化銅礦的堆浸——盡管次生硫化銅礦的破碎堆浸技術已經廣泛使用了10余年,但是依然存在一些生產問題：微生物種群在反應堆中的生長時間;礦石接種;整個浸出過程中的通風條件;堆浸過程中要保持的溫度;硫化物礦物的氧化速度、黃鐵礦的氧化作用;氧化還原電位、p H值、金屬的溶解量與微生物/礦石分界面之間的關系;復雜多金屬礦石、硫化礦、硅酸鹽礦石的堆浸條件;礦石中存在磁黃鐵礦時如何嚴格控制其在反應中迅速釋放的大量熱量及酸耗;是否可以應用微生物技術控制地下礦床原地浸出時的浸出液?是否可以利用微生物來提高地下礦床的滲透率?某些礦物原地浸出技術的實現可能還需要較長時間,但圍繞這種方法開始基本理論研究并不為時尚早;·采用生物轉盤治理在黃金生產中產生的含氰化物、硫氰酸鹽、金屬的污染水可以節省大量資金;采用生物技術穩定含硫化物廢石與尾礦,防止形成酸性礦坑水等還需要有更多的新想法。

將來,生物濕法冶金技術在礦山生產與修復方面會發揮更重要的作用。

[唐維維摘譯自《Hydrometallurgy》2010,104(3/4)：324-328]